Evidencia de transporte de carga exótica en un metal extraño

Físicos han obtenido la primera evidencia directa de que la electricidad parece fluir a través de metales extraños en una forma inusual parecida a la de un líquido.

Dicha evidencia, presentado en un artículo publicado en Science, proviene de mediciones de fluctuaciones de carga cuántica conocidas como 'ruido de disparo'.

"El ruido se suprime en gran medida en comparación con los cables comunes", dijo en un comunicado Doug Natelson, autor correspondiente del estudio y científicos de la Universidad de Rice. "Tal vez esto sea evidencia de que las cuasipartículas no son cosas bien definidas o que simplemente no están ahí y la carga se mueve de maneras más complicadas. Tenemos que encontrar el vocabulario adecuado para hablar sobre cómo la carga puede moverse colectivamente".

Los experimentos se realizaron en cables a nanoescala de un material cuántico crítico bien estudiado con una proporción precisa de 1-2-2 de iterbio, rodio y silicio (YbRh2Si2). El material contiene un alto grado de entrelazamiento cuántico que produce un comportamiento dependiente de la temperatura.

Si se enfría por debajo de una temperatura crítica, por ejemplo, el material pasa instantáneamente de no magnético a magnético. A temperaturas ligeramente por encima del umbral crítico, YbRh2Si2 es un metal de "fermión pesado", con cuasipartículas portadoras de carga que son cientos de veces más masivas que los electrones desnudos.

En los metales, cada cuasipartícula, o unidad discreta, de carga es el producto de diminutas interacciones incalculables entre innumerables electrones. La cuasipartícula, propuesta por primera vez hace 67 años, es un concepto que los físicos utilizan para representar el efecto combinado de esas interacciones como un único objeto cuántico a los efectos de los cálculos de la mecánica cuántica.

Algunos estudios teóricos anteriores han sugerido que los extraños portadores de carga metálica podrían no ser cuasipartículas, y los experimentos con ruido de disparo permitieron a Natelson, al autor principal del estudio, Liyang Chen, un ex alumno del laboratorio de Natelson, y a más de una docena de coautores de Rice y la Universidad Técnica de Viena (TU-Wien) para reunir la primera evidencia empírica directa para probar la idea.

"La medición del ruido de disparo es básicamente una forma de ver lo granular que es la carga cuando atraviesa algo", dijo Natelson, profesor de física y astronomía, ingeniería eléctrica e informática y ciencia de materiales y nanoingeniería.

"La idea es que si estoy impulsando una corriente, ésta se compone de un conjunto de portadores de carga discretos. Estos llegan a una velocidad promedio, pero a veces están más cerca en el tiempo y otras veces están más separados".